KR101900472B1 - Stretchable conductive fiber and method of manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전도성 섬유 및 이의 제조방법을 개시한다. 본 발명의 실시예에 따른 전도성 섬유는 복수 개의 필라멘트로 구성되고, 계층적 구조를 갖는 탄성 섬유; 및 상기 탄성 섬유에 코팅된 금속 나노 쉘을 포함되고, 상기 탄성 섬유는 복수 개의 금속 나노 입자를 포함하며, 상기 복수 개의 금속 나노 입자는 전기적으로 상호 연결된 네트워크(network) 구조를 형성한다.The present invention discloses conductive fibers and methods for their production. The conductive fiber according to an embodiment of the present invention is composed of a plurality of filaments, elastic fibers having a hierarchical structure; And a metal nano-shell coated on the elastic fiber, wherein the elastic fiber includes a plurality of metal nanoparticles, and the plurality of metal nanoparticles form an electrically interconnected network structure.

Description

신축성 전도성 섬유 및 이의 제조방법{STRETCHABLE CONDUCTIVE FIBER AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}STRETCHABLE CONDUCTIVE FIBER AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME Technical Field [1] The present invention relates to a stretchable conductive fiber,

본 발명은 전도성 섬유 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a conductive fiber and a method for producing the same.

기존의 웨어러블(wearable) 산업은 안경, 시계 등과 같은 제한된 형태의 기기만을 보여주고 있어, 그 한계를 뛰어넘을 수 있는 구부러지는(bendable) 기기, 더 나아가서는 늘어나는 웨어러블 기기에 핵심요소로 사용할 수 있는 미래형 스마트 기술에 대한 연구가 요구되어지고 있다.The existing wearable industry shows only limited types of devices such as glasses and watches, so it can be used as a core element in bendable devices that can overcome these limitations and as a key element in increasingly wearable devices. Research on smart technology is required.

특히, IT 기술과 스포츠웨어 등과 같은 패션이 융합되어 있는 신개념 의류인 고기능성 스마트웨어 분야에 대한 대중들의 관심이 증대됨에 따라 이에 대한 연구가 주목을 받고 있다. 하지만 여전히 기존에 개발된 소재들은 신축성이 가해지면 쉽게 전기적 특성을 잃어버릴 뿐만 아니라, 기계적 또는 전기적 안정성이 매우 취약한 단점을 지니고 있다.Especially, the interest of the public in the field of high-function smartware, which is a new-concept garment which is a fusion of fashion such as IT technology and sportswear, has been attracting attention. However, existing materials still lose their electrical properties easily when they are stretched, and they have a disadvantage in that their mechanical or electrical stability is very weak.

한편, 변형 센서와 같은 섬유 기반의 전자 소자를 제작하기 위해서는 무엇보다도 먼저 인터커넥트(interconnect) 물질로써 고성능 전도성 섬유를 개발하는 것이 필요하다.On the other hand, in order to fabricate a fiber-based electronic device such as a strain sensor, first of all, it is necessary to develop a high-performance conductive fiber as an interconnect material.

이에 상용화되어 시장에서 구매가 가능한 기존의 전도성 섬유는 일반적으로 섬유 표면에 금속을 도금한 형태로서, 금속 코팅을 기반으로 하여 우수한 전기적 성능을 보이지만, 신축 또는 절곡 등 외부 자극에 의한 금속 코팅의 균열 등으로 인해 안정성이 취약하다.Conventional conductive fibers, which are commercially available and can be purchased in the market, generally have a metal surface coated with a metal and show excellent electrical performance based on a metal coating. However, cracks in metal coating due to external stimuli such as stretching or bending The stability is poor.

이러한 단점을 보완하기 위해 PEDOT:PSS(Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)-poly(styrenesulfonate), 폴리에틸렌디옥시티오펜-폴리스티렌설포네이트) 등의 전도성 폴리머를 사용하여 전도성 섬유를 제작하는 연구도 많이 진행되었지만, 이러한 경우에는 금속에 비해 높은 전기적 특성을 기대하기 어려운 단점이 있다.In order to overcome these disadvantages, many researches have been conducted to fabricate conductive fibers using conductive polymers such as PEDOT: PSS (poly (3,4-ethylenedioxythiophene) -poly (styrenesulfonate), polyethylene dioxythiophene-polystyrene sulfonate) , In which case it is difficult to expect higher electrical properties than metals.

따라서 기존의 전도성 섬유는 우수한 전기적 성능과 기계적 안정성을 동시에 확보하기에 한계를 지닌다. 전자 섬유 분야의 발전을 위해서는 이러한 단점들을 보완하고 높은 신축성과 안정성을 지닌 고성능 전도성 섬유의 개발이 필요하다.Therefore, existing conductive fibers have limitations in securing excellent electrical performance and mechanical stability at the same time. In order to develop the electronic fiber field, it is necessary to develop high performance conductive fibers with high stretchability and stability in order to overcome these shortcomings.

높은 신축성을 지닌 전도성 섬유의 경우, 폴리우레탄(Polyurethane) 또는 SBS(Poly(styrene-butadiene-styrene, 폴리스티렌-부타디엔-스티렌) 기반의 섬유 물질에 각종 탄소 기반 전도성 물질 또는 금속 입자를 적용한 연구가 진행되어 왔지만, 상기 폴리머는 금속과의 안정성이 떨어지기 때문에 시간이 지남에 따라 전기적 성능이 저하되는 단점을 지니고 있다.In the case of highly flexible conductive fibers, research has been conducted on applying various carbon-based conductive materials or metal particles to polyurethane or SBS (styrene-butadiene-styrene) based fiber materials However, the polymer has a disadvantage that its electrical performance deteriorates over time because the polymer has poor stability with metals.

따라서, 높은 전기적 성능과 기계적 안정성을 동시에 지닌 고신축 전도성 폴리머의 개발을 위해서는 이러한 단점을 극복해야 하고, 이러한 단점을 극복하여 높은 안정성을 확보한 전도성 섬유의 개발이 필요하다.Therefore, it is necessary to overcome these disadvantages for the development of highly stretchable conductive polymers having both high electrical performance and mechanical stability, and it is necessary to overcome such disadvantages and develop a conductive fiber having high stability.

대한민국공개특허공보 제10-2016-0053759호(2016.05.13, 전도성 나노섬유 및 이의 제조 방법, 그리고 전도성 나노섬유 기반 압력 센서 및 이의 제조 방법)Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2016-0053759 (2016.05.13, conductive nanofiber, production method thereof, and conductive nanofiber-based pressure sensor and production method thereof) 대한민국등록특허공보 제10-0760652호(2007.09.14, 은 나노입자 함유 폴리우레탄 나노섬유 매트의 제조방법)Korean Registered Patent No. 10-0760652 (Sep. 14, 2007, Manufacturing Method of Silver Nanoparticle-containing Polyurethane Nanofiber Mat) 대한민국공개특허공보 제10-2014-0017335호(2014.02.11, 신축 전도성 복합사, 그 제조방법 및 이를 포함하는 신축 전도성 복합 방적사)Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2014-0017335 (2014.02.11, Expansion Conductive Composite Yarn, Method for Producing the Same, and Flexible Conductive Composite Yarn)

본 발명의 실시예는 전기적 특성 및 기계적 안정성이 향상된 신축성 전도성 섬유 및 이의 제조방법을 제공하고자 한다.Embodiments of the present invention are intended to provide a stretchable conductive fiber having improved electrical characteristics and mechanical stability and a method of manufacturing the same.

또한, 본 발명의 실시예는 변형 센서, 온도 센서, 히터 등으로 이용 가능한 신축성 전도성 섬유를 제공하고자 한다.Embodiments of the present invention also provide flexible conductive fibers that can be used as strain sensors, temperature sensors, heaters, and the like.

본 발명의 실시예에 따른 전도성 섬유는 복수 개의 필라멘트로 구성되고, 계층적 구조를 갖는 탄성 섬유; 및 상기 탄성 섬유에 코팅된 금속 나노 쉘(shell)을 포함하고, 상기 탄성 섬유는 복수 개의 금속 나노 입자를 포함하며, 상기 복수 개의 금속 나노 입자는 전기적으로 상호 연결된 네트워크(network) 구조를 형성한다.The conductive fiber according to an embodiment of the present invention is composed of a plurality of filaments, elastic fibers having a hierarchical structure; And a metal nano shell coated on the elastic fiber, wherein the elastic fiber includes a plurality of metal nanoparticles, and the plurality of metal nanoparticles form an electrically interconnected network structure.

본 발명의 실시예에 따른 전도성 섬유에 있어서, 상기 탄성 섬유는 제1 부분 및 제2 부분으로 구분되어 형성된 반복단위를 포함하고, 상기 제1 부분 및 상기 제2 부분은 서로 상이한 강도(strength)를 가지며, 상기 제1 부분 및 상기 제2 부분 중 높은 강도를 가진 부분은 변형에 의해 스틱 슬립 모션을 발생시킬 수 있다.In the conductive fiber according to the embodiment of the present invention, the elastic fiber includes a repeating unit formed by dividing into a first portion and a second portion, and the first portion and the second portion have different strengths from each other And a portion having a high strength among the first portion and the second portion can generate stick-slip motion by deformation.

본 발명의 실시예에 따른 전도성 섬유에 있어서, 상기 계층적 구조는 상기 복수 개의 필라멘트가 서로 평행하게 배치되고, 각 필라멘트가 접하는 부분은 서로 결합되어 있을 수 있다.In the conductive fiber according to an embodiment of the present invention, the plurality of filaments may be arranged parallel to each other, and the portions where the filaments contact with each other may be coupled to each other.

본 발명의 실시예에 따른 전도성 섬유에 있어서, 상기 금속 나노 입자 및 상기 금속 나노 쉘은 상기 탄성 섬유로의 금속 이온 흡수 및 상기 흡수된 금속 이온의 환원을 통해 형성될 수 있다.In the conductive fiber according to the embodiment of the present invention, the metal nanoparticles and the metal nanoshell may be formed through absorption of metal ions into the elastic fibers and reduction of the absorbed metal ions.

상기 금속 이온의 흡수 및 환원은 1회 내지 10회 수행될 수 있다.The absorption and reduction of the metal ion may be performed one to ten times.

본 발명의 실시예에 따른 전도성 섬유에 있어서, 상기 금속은 귀금속일 수 있다.In the conductive fiber according to the embodiment of the present invention, the metal may be a noble metal.

본 발명의 실시예에 따른 전도성 섬유에 있어서, 상기 필라멘트는 2개 내지 100개일 수 있다.In the conductive fiber according to the embodiment of the present invention, the number of the filaments may be 2 to 100.

본 발명의 실시예에 따른 전도성 섬유에 있어서, 상기 필라멘트의 평균 직경은 5 ㎛ 내지 100 ㎛일 수 있다.In the conductive fiber according to the embodiment of the present invention, the average diameter of the filaments may be 5 탆 to 100 탆.

본 발명의 실시예에 따른 전도성 섬유에 있어서, 상기 금속 나노 입자의 함량은 60 중량% 내지 90 중량%일 수 있다.In the conductive fiber according to the embodiment of the present invention, the content of the metal nanoparticles may be 60 wt% to 90 wt%.

본 발명의 실시예에 따른 전도성 섬유에 있어서, 상기 금속 나노 입자의 평균 직경은 0.1 ㎚ 내지 200 ㎚일 수 있다.In the conductive fiber according to the embodiment of the present invention, the average diameter of the metal nanoparticles may be 0.1 nm to 200 nm.

본 발명의 실시예에 따른 전도성 섬유에 있어서, 상기 금속 나노 쉘의 평균 두께는 10 ㎚ 내지 3 ㎛일 수 있다.In the conductive fiber according to the embodiment of the present invention, the average thickness of the metal nanoshell may be 10 nm to 3 탆.

본 발명의 실시예에 따른 전도성 섬유는 변형 센서, 온도 센서 및 히터로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나에 이용될 수 있다.The conductive fiber according to the embodiment of the present invention can be used in any one selected from the group consisting of a strain sensor, a temperature sensor, and a heater.

본 발명의 실시예에 따른 전도성 섬유의 제조방법은 복수 개의 필라멘트로 구성되고, 계층적 구조를 갖는 탄성 섬유를 준비하는 단계; 상기 탄성 섬유에 금속 이온을 흡수시키는 단계; 및 상기 흡수된 금속 이온을 환원시키는 단계를 포함한다.A method of fabricating a conductive fiber according to an embodiment of the present invention includes: preparing elastic fibers having a hierarchical structure, the elastic fibers having a plurality of filaments; Absorbing metal ions into the elastic fibers; And reducing the absorbed metal ions.

본 발명의 실시예에 따른 전도성 섬유는 복수 개의 필라멘트로 구성되고 계층적 구조를 갖는 탄성 섬유를 이용하여 신축성 및 기계적 안정성을 향상시킬 수 있다.The conductive fibers according to the embodiments of the present invention can be made of a plurality of filaments and can have improved elasticity and mechanical stability by using elastic fibers having a hierarchical structure.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 전도성 섬유는 상기 탄성 섬유에 포함되고 전기적으로 상호 연결된 네트워크 구조를 갖는 복수 개의 금속 나노 입자를 이용하여 전기적 특성을 향상시킬 수 있다.Also, the conductive fibers according to the embodiment of the present invention can improve the electrical characteristics by using a plurality of metal nanoparticles having a network structure included in the elastic fibers and electrically interconnected.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 전기적 특성 및 기계적 안전성이 향상된 전도성 섬유를 변형 센서, 온도 센서, 히터 등에 이용할 수 있다.Further, according to the embodiment of the present invention, the conductive fibers having improved electrical characteristics and mechanical stability can be used as strain sensors, temperature sensors, heaters, and the like.

도 1a는 본 발명의 실시예에 따른 전도성 섬유의 사시도를 도시한 것이다.
도 1b는 본 발명의 실시예에 따른 전도성 섬유의 단면도를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전도성 섬유의 필라멘트의 일부를 확대 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전도성 섬유의 제조방법의 흐름도를 도시한 것이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 실시예에 따른 전도성 섬유의 주사전자현미경(SEM) 이미지이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 전도성 섬유의 에너지 분광(EDS) 분석 이미지이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 전도성 섬유의 금속 이온 흡수 및 환원 횟수에 대한 전기 전도 특성(Conductivity)을 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 전도성 섬유의 인장 변형률(Strain)에 대한 전기 전도 특성(Conductivity)을 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 전도성 섬유의 인장 변형률(Tensile strain)에 대한 기계적 특성(Stress, 스트레스)을 나타내는 그래프이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 전도성 섬유의 변형 반복 횟수(Number of stretching)에 따른 전기 저항(Resistance)의 변화를 나타내는 그래프이다.
1A is a perspective view of a conductive fiber according to an embodiment of the present invention.
1B is a cross-sectional view of a conductive fiber according to an embodiment of the present invention.
2 is an enlarged view of a part of the filament of the conductive fiber according to the embodiment of the present invention.
3 shows a flow chart of a method of manufacturing a conductive fiber according to an embodiment of the present invention.
4A and 4B are scanning electron microscope (SEM) images of conductive fibers according to an embodiment of the present invention.
5 is an energy spectroscopy (EDS) analysis image of a conductive fiber according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a graph showing the electrical conductivity of the conductive fiber according to the embodiment of the present invention versus the number of times of metal ion absorption and reduction. FIG.
FIG. 7 is a graph showing the electrical conductivity of the conductive fiber with respect to the tensile strain according to an embodiment of the present invention. FIG.
8 is a graph showing mechanical properties (stress, stress) of tensile strain of conductive fibers according to an embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a graph showing a change in electrical resistance according to a number of stretching times of a conductive fiber according to an embodiment of the present invention. FIG.

이하 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings and accompanying drawings, but the present invention is not limited to or limited by the embodiments.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.The terminology used herein is for the purpose of illustrating embodiments and is not intended to be limiting of the present invention. In the present specification, the singular form includes plural forms unless otherwise specified in the specification. It is noted that the terms "comprises" and / or "comprising" used in the specification are intended to be inclusive in a manner similar to the components, steps, operations, and / Or additions.

본 명세서에서 사용되는 "실시예", "예", "측면", "예시" 등은 기술된 임의의 양상(aspect) 또는 설계가 다른 양상 또는 설계들보다 양호하다거나, 이점이 있는 것으로 해석되어야 하는 것은 아니다.As used herein, the terms "embodiment," "example," "side," "example," and the like should be construed as advantageous or advantageous over any other aspect or design It does not.

또한, '또는' 이라는 용어는 배타적 논리합 'exclusive or'이기보다는 포함적인 논리합 'inclusive or'를 의미한다. 즉, 달리 언급되지 않는 한 또는 문맥으로부터 명확하지 않는 한, 'x가 a 또는 b를 이용한다'라는 표현은 포함적인 자연 순열들(natural inclusive permutations) 중 어느 하나를 의미한다.Also, the term 'or' implies an inclusive or 'inclusive' rather than an exclusive or 'exclusive'. That is, unless expressly stated otherwise or clear from the context, the expression 'x uses a or b' means any of the natural inclusive permutations.

또한, 본 명세서 및 청구항들에서 사용되는 단수 표현("a" 또는 "an")은, 달리 언급하지 않는 한 또는 단수 형태에 관한 것이라고 문맥으로부터 명확하지 않는 한, 일반적으로 "하나 이상"을 의미하는 것으로 해석되어야 한다.Also, the phrase "a" or "an ", as used in the specification and claims, unless the context clearly dictates otherwise, or to the singular form, .

또한, 막, 층, 영역, 구성 요청 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 할 때, 다른 부분의 바로 위에 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 막, 층, 영역, 구성 요소 등이 개재되어 있는 경우도 포함한다.It will also be understood that when an element such as a film, layer, region, configuration request, etc. is referred to as being "on" or "on" another element, And the like are included.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 1a 및 도 1b는 본 발명의 실시예에 따른 전도성 섬유를 도시한 것이다.Figures 1A and 1B illustrate conductive fibers according to embodiments of the present invention.

구체적으로, 도 1a는 본 발명의 실시예에 따른 전도성 섬유의 사시도를 도시한 것이고, 도 1b는 본 발명의 실시예에 따른 전도성 섬유의 단면도를 도시한 것이다.Specifically, FIG. 1A is a perspective view of a conductive fiber according to an embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a cross-sectional view of a conductive fiber according to an embodiment of the present invention.

도 1a 및 도 1b를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 전도성 섬유(100)는 탄성 섬유(110), 탄성 섬유(110)에 포함된 복수 개의 금속 나노 입자(120) 및 탄성 섬유(110)에 코팅된 금속 나노 쉘(shell)(130)을 포함한다.1A and 1B, a conductive fiber 100 according to an embodiment of the present invention includes an elastic fiber 110, a plurality of metal nanoparticles 120 included in the elastic fiber 110, and elastic fibers 110, And a metal nano-shell 130 coated on the nano-

탄성 섬유(elastic fiber)(110)는 예를 들어 고무처럼 탄성을 지닌 섬유로서, 폴리우레탄(polyurethane)계 섬유의 일종일 수 있다. 일례로, 탄성 섬유(110)는 섬유형성 물질 중에 최소한 85% 이상의 폴리우레탄 결합을 함유하며 고신축성을 가질 수 있다.The elastic fibers 110 may be, for example, elastic fibers, such as rubber, and may be one type of polyurethane fibers. In one example, the elastic fibers 110 contain at least 85% of polyurethane bonds in the fiber-forming material and may have high elasticity.

여기서, 폴리우레탄은 우레탄 결합(-NHCOO-)을 가지는 고분자(polymer, 중합체) 화합물로서, 아미드 결합(-NHCO-) 및 에스테르 결합(-CO-)의 양쪽 성질을 모두 갖고 있다. 즉, 폴리우레탄은 나일론의 아미드기(-CONH-)를 우레탄기로 치환한 구조로서, 나일론보다 산소원자를 하나 더 갖고 있다.Here, the polyurethane is a polymer compound having a urethane bond (-NHCOO-) and has both amide bond (-NHCO-) and ester bond (-CO-). That is, the polyurethane has a structure in which an amide group (-CONH-) of nylon is substituted with a urethane group, and has one more oxygen atom than nylon.

탄성 섬유(110)는 다양한 화학구조를 갖도록 제조될 수 있고, 다양한 방법으로 제조될 수 있다.The elastic fibers 110 may be manufactured to have various chemical structures and may be manufactured in various ways.

탄성 섬유(110)는 폴리올(polyol)과 과량의 디이소시아네이트(diisocyanate)를 반응시켜 프리폴리머(prepolymer)를 만드는 반응 및 상기 프리폴리머에 저분자량의 디아민(diamine)을 반응시켜 중합도를 높이는 중합(polymerization) 반응의 2단계로 제조될 수 있다.The elastic fibers 110 may be formed by a reaction between a polyol and an excess of diisocyanate to form a prepolymer and a polymerization reaction to increase the degree of polymerization by reacting the prepolymer with a diamine having a low molecular weight . ≪ / RTI >

탄성 섬유(110)는 공중합체(copolymer)로서, 제1 부분 및 제2 부분으로 구분되어 형성된 반복단위를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 제1 부분 및 상기 제2 부분은 서로 상이한 강도(strength)를 가질 수 있다.The elastic fiber 110 may be a copolymer, and may include a repeating unit formed by dividing into a first portion and a second portion. Here, the first portion and the second portion may have different strengths from each other.

일례로, 탄성섬유(110)는 제1 부분으로서 부드러운 부분(soft segment) 및 상기 제1 부분보다 높은 강도를 갖는 제2 부분으로서 단단한 부분(hard segment)을 포함하는 반복단위로 구성될 수 있다. 즉, 탄성 섬유(110)는 화학구조적으로, 부드러운 부분 및 단단한 부분으로 구성된 반복단위를 포함하는 이중 공중합체(di-block copolymer)의 분자 구조를 가질 수 있으며, 이러한 공중합체는 선형 구조를 가질 수 있다.In one example, the elastic fibers 110 may be composed of a repeating unit comprising a soft segment as a first portion and a hard segment as a second portion having a higher strength than the first portion. That is, the elastomeric fibers 110 may have a molecular structure of a di-block copolymer comprising repeating units chemically structurally composed of a soft portion and a rigid portion, and such a copolymer may have a linear structure have.

여기서, 부드러운 부분은 공중합체에 신축성을 부여하고, 단단한 부분은 단단한 부분 내의 분자간 결합으로 공중합체에 기계적 강도를 부여할 수 있다. 이에 따라, 탄성 섬유(110)는 부드러운 부분의 신축성과 단단한 부분의 기계적 강도에 의해, 탄성을 발현할 수 있다.Here, the soft portion imparts elasticity to the copolymer, and the hard portion can impart mechanical strength to the copolymer by intermolecular bonding in the hard portion. Accordingly, the elastic fibers 110 can exhibit elasticity by the elasticity of the soft portion and the mechanical strength of the hard portion.

일례로, 단단한 부분의 경우, 단단한 부분에 포함된 우레탄(urethane)과 우레아(urea) 그룹들이 각각 수소 결합을 형성하여 일종의 결정(crystalline) 형태로 존재할 수 있다.For example, in the case of a hard part, the urethane and urea groups contained in the hard part may form a hydrogen bond and exist in a crystalline form, respectively.

탄성 섬유(110)에 높은 인장률로 변형이 가해져 부드러운 부분이 대부분 스트레칭(stretching)된 경우, 단단한 부분에 높은 비율로 스트레스(stress)가 가해지게 되고, 단단한 부분 내부의 수소 결합이 끊어졌다가 밀려나서 다시 결합이 형성되는 스틱 슬립 모션(stick slip motion)이 발생할 수 있다.When the elastic fiber 110 is deformed at a high tensile rate and most of the soft portion is stretched, a high rate of stress is applied to the hard portion, and the hydrogen bond inside the hard portion is broken, A stick slip motion in which a bond is formed again may occur.

구체적으로, 부드러운 부분에 비해 강도가 높은 단단한 부분은 변형에 의해 스틱 슬립 모션을 발생시킬 수 있는데, 스틱 슬립 모션은 다수의 단단한 부분이 수소 결합으로 인해 층상으로 결합되어 결정(crystalline) 형태로 구성된 상태에서 외부 스트레스에 의해 일부 층이 밀려나 어긋난 형태로 다시 결합되는 것을 의미한다.Specifically, a hard portion having a higher strength than a soft portion can generate stick-slip motion due to deformation. In the stick-slip motion, a plurality of solid portions are bonded in a layered form due to hydrogen bonding to form a crystalline state Which means that some of the layers are pushed out by external stress and are rejoined in a distorted form.

탄성 섬유(110)는 복수 개의 필라멘트(110a)로 구성되고, 계층적 구조를 갖는다.The elastic fibers 110 are composed of a plurality of filaments 110a and have a hierarchical structure.

여기서, 탄성 섬유(110)의 계층적 구조는 복수 개의 필라멘트(110a)가 서로 평행하게 배치되어 있으며, 각 필라멘트(110a)가 접하는 부분은 서로 결합되어 있는 형태이다. 구체적으로, 탄성 섬유(110)는 복수 개의 필라멘트(110a)가 서로 결합되어 하나의 섬유로 구성된 형태를 가질 수 있다.Here, the elastic fibers 110 have a hierarchical structure in which a plurality of filaments 110a are arranged in parallel to each other, and portions where the filaments 110a are in contact are connected to each other. Specifically, the elastic fibers 110 may have a configuration in which a plurality of filaments 110a are coupled to each other to form a single fiber.

복수 개의 필라멘트(110a)는 예를 들어, 2개 내지 100개일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The plurality of filaments 110a may be, for example, 2 to 100, but is not limited thereto.

탄성 섬유(110)의 복수 개의 필라멘트(110a)는 평균 직경이 예를 들어, 5 ㎛ 내지 100 ㎛일 수 있고, 바람직하게는 5 ㎛ 내지 30 ㎛일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The plurality of filaments 110a of the elastic fibers 110 may have an average diameter of, for example, 5 占 퐉 to 100 占 퐉, and preferably 5 占 퐉 to 30 占 퐉, but is not limited thereto.

복수 개의 금속 나노 입자(120)는 탄성 섬유(110)에 포함된다. 구체적으로, 복수 개의 금속 나노 입자(120)는 탄성 섬유(110)의 내부 및 표면에 포함될 수 있다. 보다 구체적으로, 복수 개의 금속 나노 입자(120)는 탄성 섬유(110)의 각 필라멘트(110a)에, 즉 각 필라멘트(110a)의 내부 및 표면에 포함될 수 있다.The plurality of metal nanoparticles 120 are included in the elastic fibers 110. Specifically, the plurality of metal nanoparticles 120 may be included in the inner surface and the surface of the elastic fibers 110. More specifically, the plurality of metal nanoparticles 120 may be included in the respective filaments 110a of the elastic fibers 110, that is, inside and on the surfaces of the respective filaments 110a.

탄성 섬유(110)에 포함된 복수 개의 금속 나노 입자(120)는 전기적으로 상호 연결된 네트워크(network) 구조를 갖는다.The plurality of metal nanoparticles 120 included in the elastic fibers 110 have a network structure electrically connected to each other.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전도성 섬유(100)의 필라멘트(110a)의 일부를 확대 도시한 것이다.FIG. 2 is an enlarged view of a part of the filament 110a of the conductive fiber 100 according to the embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 복수 개의 금속 나노 입자(120)는 필라멘트(110a)에 포함되고, 전기적으로 상호 연결된 네트워크(network) 구조를 갖는다. 여기서, 네트워크 구조는 단위 입자 또는 요소들이 임의의 방향으로 배열되고, 상호 연결된 네트워크 구조를 의미한다.Referring to FIG. 2, a plurality of metal nanoparticles 120 are included in the filament 110a and have an electrically interconnected network structure. Here, the network structure means a network structure in which unit particles or elements are arranged in any direction and interconnected.

복수 개의 금속 나노 입자(120)는 예를 들어, 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 이리듐(Ir) 등의 귀금속으로 이루어질 수 있다. 일례로, 복수 개의 금속 입자(120)는 복수 개의 은 나노 입자일 수 있다.The plurality of metal nanoparticles 120 may be made of a noble metal such as gold (Au), silver (Ag), platinum (Pt), iridium (Ir) In one example, the plurality of metal particles 120 may be a plurality of silver nanoparticles.

복수 개의 금속 나노 입자(120)는 탄성 섬유(110)에 60 중량% 내지 90 중량%의 함량으로 다량 포함될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The plurality of metal nanoparticles 120 may be included in the elastic fibers 110 in an amount of 60 to 90% by weight, but the present invention is not limited thereto.

또한, 복수 개의 금속 나노 입자(120)는 탄성 섬유(110)의 표면부에서 중심부 방향으로 들어갈수록 농도가 낮아지는 농도 구배(concentration gradient)를 가질 수 있다.The plurality of metal nanoparticles 120 may have a concentration gradient such that the concentration of the metal nanoparticles 120 decreases from the surface portion of the elastic fibers 110 toward the central portion thereof.

복수 개의 금속 나노 입자(120)는 평균 직경이 예를 들어, 0.1 ㎚ 내지 200 ㎚일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The plurality of metal nanoparticles 120 may have an average diameter of, for example, 0.1 nm to 200 nm, but the present invention is not limited thereto.

전도성 섬유(100)는 이러한 고신축성의 탄성 섬유(110)를 기반으로 하고, 탄성 섬유(110)에 네트워크 구조의 복수 개의 금속 나노 입자(120)를 포함하도록 구성되어, 높은 신축성 및 높은 전기 전도성을 가질 수 있다.The conductive fibers 100 are based on the highly elastic elastic fibers 110 and are configured to include a plurality of metal nanoparticles 120 in a network structure in the elastic fibers 110 to provide high elasticity and high electrical conductivity Lt; / RTI >

구체적으로, 전도성 섬유(100)는 복수 개의 필라멘트(110a)가 서로 평행한 방향으로 결합되어 배열된 탄성 섬유(110)의 계층적 구조 및 스틱 슬립 모션이 발생 가능한 탄성 섬유(110)의 분자 구조로 인해, 전도성 섬유(100)에 변형(strain)이 가해져도 국부적으로 변형(strain)이 가해지지 않거나 다르게 가해져, 각 필라멘트(110a)에서 변형이 적게 가해진 부분을 따라 금속 나노 입자(120)의 네트워크 구조가 효율적으로 유지될 수 있다.Specifically, the conductive fiber 100 has a hierarchical structure of the elastic fibers 110 in which a plurality of filaments 110a are arranged in parallel to each other, and a molecular structure of the elastic fibers 110 in which stick- Even if a strain is applied to the conductive fiber 100, the strain is not applied locally or is applied differently so that the network structure of the metal nanoparticles 120 along the portion where less strain is applied to each filament 110a Can be efficiently maintained.

이로 인해, 전도성 섬유(100)는 복수 개의 금속 나노 입자(120) 간의 전기적 연결의 손실을 최소화할 수 있고, 더욱 높은 변형 하에서도 전기 전도성을 잃지 않고 유지할 수 있다. 즉, 전도성 섬유(100)는 탄성 섬유(110)의 마이크로 규모(microscale)의 계층적 구조 및 나노 규모(nanoscale)의 분자적 구조로 인해, 더욱 높은 변형 하에서도 높은 전기 전도성을 가질 수 있다.As a result, the conductive fiber 100 can minimize the loss of the electrical connection between the plurality of metal nanoparticles 120, and can maintain the electrical conductivity even under higher strain. That is, because of the microscale hierarchical structure of the elastic fibers 110 and the molecular structure of the nanoscale, the conductive fibers 100 can have high electrical conductivity even under higher strain.

금속 나노 쉘(shell)(130)은 탄성 섬유(110)에 코팅되도록 형성된다.The metal nano shell 130 is formed to be coated on the elastic fibers 110.

구체적으로, 금속 나노 쉘(130)은 복수 개의 금속 나노 입자로 구성될 수 있고, 복수 개의 금속 나노 입자가 탄성 섬유(110)를 코팅하는 쉘 형태를 가질 수 있다.Specifically, the metal nanoshell 130 may be composed of a plurality of metal nanoparticles, and the metal nanoparticles may have a shell shape in which the elastic fibers 110 are coated.

금속 나노 쉘(130)은 예를 들어, 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 이리듐(Ir) 등의 귀금속으로 이루어질 수 있다. 일례로, 금속 나노 쉘(130)은 은 나노 쉘일 수 있다.The metal nano-shell 130 may be made of a noble metal such as gold (Au), silver (Ag), platinum (Pt), iridium (Ir) For example, the metal nanoshell 130 may be a silver nanocosil.

금속 나노 쉘(130)은 평균 두께가 예를 들어, 10 ㎚ 내지 3 ㎛일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The metal nano-shell 130 may have an average thickness of, for example, 10 nm to 3 占 퐉, but is not limited thereto.

금속 나노 쉘(130)은 탄성 섬유(110)를 코팅하도록 형성되며, 금속 나노 쉘(130)은 폴리머와의 복합체가 아닌 순수 금속 성분이기 때문에, 전도성 섬유(100)의 초기 전기 전도성을 향상시킬 수 있다.The metal nanoshell 130 is formed to coat the elastic fibers 110 and the metal nanoshell 130 is a pure metal component rather than a composite with the polymer so that the initial electrical conductivity of the conductive fiber 100 can be improved have.

또한, 금속 나노 쉘(130)은 전도성 섬유(100)에 변형이 가해질 경우, 국부적으로는 변형이 가해지지 않도록 각 필라멘트(110a)를 잡아주는 역할을 하여 필라멘트(110a)는 부분마다 변형률이 다르게 걸릴 수 있다.When the conductive fibers 100 are deformed, the metal nano-shells 130 hold the filaments 110a so that the filaments 110a are not deformed locally, .

구체적으로, 각 필라멘트(110a)의 직경이나 단면적에 대한 금속 나노 쉘(130)이 차지하는 비율에 따라, 금속 나노 쉘(130)이 외부 변형에 대해 각 필라멘트(110a)를 잡아주는 정도가 다르며, 이에 따라 각 필라멘트(110a)에 변형이 가해지는 형태가 달라질 수 있다.More specifically, depending on the ratio of the metal nanoshell 130 to the diameter or cross-sectional area of each filament 110a, the extent to which the metal nanoshell 130 holds each filament 110a against external deformation is different, The shape of the filaments 110a may be changed.

특히, 외부 변형이 가해져도 금속 나노 쉘(130)이 차지하는 전도성 섬유 부분은 변형이 가해지지 않는다고 볼 수 있고, 이러한 부분들이 각 필라멘트(110a)에 국부적으로 존재하기 때문에 전체적으로 효율적인 네트워크를 유지할 수 있다.Particularly, even if an external deformation is applied, the conductive fiber portion occupied by the metal nanoshell 130 can be regarded as not deformed, and since such portions are locally present in each filament 110a, an efficient network can be maintained as a whole.

금속 나노 입자(120) 및 금속 나노 쉘(130)은, 탄성 섬유(110)로의 금속 이온 흡수 및 상기 흡수된 금속 이온의 환원을 통해 형성될 수 있다.The metal nanoparticles 120 and the metal nanoshell 130 can be formed through absorption of metal ions into the elastic fibers 110 and reduction of the absorbed metal ions.

이하, 도 3을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 전도성 섬유의 제조방법을 설명하기로 한다.Hereinafter, a method of manufacturing a conductive fiber according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전도성 섬유의 제조방법의 흐름도를 도시한 것이다.3 shows a flow chart of a method of manufacturing a conductive fiber according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 전도성 섬유의 제조방법(S100)은 탄성 섬유를 준비하는 단계(S110), 상기 탄성 섬유에 금속 이온을 흡수시키는 단계(S120) 및 상기 흡수된 금속 이온을 환원시키는 단계(S130)를 포함한다.Referring to FIG. 3, a conductive fiber manufacturing method (S100) according to an exemplary embodiment of the present invention includes a step S110 of preparing elastic fibers, a step S120 of absorbing metal ions in the elastic fibers S120, And reducing the ions (S130).

단계 S110은, 복수 개의 필라멘트로 구성되고, 계층적 구조를 갖는 탄성 섬유를 준비한다.Step S110 is to prepare an elastic fiber composed of a plurality of filaments and having a hierarchical structure.

탄성 섬유는 다양한 화학구조를 갖도록 제조될 수 있고, 습식 방사(wet spinning) 또는 건식 방사(dry spinning) 등 다양한 방법으로 제조될 수 있다.The elastic fibers can be made to have various chemical structures and can be prepared by various methods such as wet spinning or dry spinning.

단계 S120은, 상기 탄성 섬유에 복수 개의 금속 이온을 흡수시킨다.Step S120 absorbs a plurality of metal ions into the elastic fibers.

구체적으로, 금속 이온을 함유하고 있는 금속 이온 함유 용액에 상기 탄성 섬유를 소정의 시간 동안 담근 후, 상기 금속 이온 함유 용액으로부터 상기 탄성 섬유를 꺼내고 소정의 시간 동안 잔류 용매를 증발시켜 상기 탄성 섬유에 금속 이온을 흡수시킬 수 있다.Specifically, the elastic fibers are immersed in a metal ion-containing solution containing metal ions for a predetermined period of time, the elastic fibers are taken out from the metal ion-containing solution, and the residual solvent is evaporated for a predetermined period of time, Ions can be absorbed.

일례로, AgCF3COO라는 전구체를 용매인 에탄올에 다량(40 중량%)으로 녹여 은 이온(Ag+)이 다량으로 녹아있는 은 이온 함유 용액을 만들고, 탄성 섬유를 상기 용액에 30분 가량 담근다. 이후, 상기 용액으로부터 상기 탄성 섬유를 꺼내어 잔류 에탄올을 상온에서 5분가량 증발시키면 탄성 섬유의 내부 및 표면에 은 이온이 다량으로 존재하게 된다.For example, a silver ion-containing solution containing a large amount of silver ions (Ag + ) dissolved in a large amount (40% by weight) of a precursor of AgCF 3 COO in ethanol as a solvent is prepared and the elastic fibers are immersed in the solution for 30 minutes. Thereafter, when the elastic fibers are taken out of the solution and residual ethanol is evaporated at room temperature for about 5 minutes, a large amount of silver ions are present on the inside and the surface of the elastic fibers.

단계 S130은, 상기 탄성 섬유에 흡수된 복수 개의 금속 이온을 환원시킨다.Step S130 reduces a plurality of metal ions absorbed by the elastic fibers.

구체적으로, 상기 탄성 섬유에 흡수된 복수 개의 금속 이온을 환원제를 이용하여 복수 개의 금속 나노 입자 및 금속 나노 쉘로 환원시킬 수 있다.Specifically, a plurality of metal ions absorbed by the elastic fibers may be reduced to a plurality of metal nanoparticles and metal nanoshells using a reducing agent.

일례로, 은 이온이 흡수된 탄성 섬유에 히드라진 수화물(hydrazine hydrate), 포름 알데히드 또는 수소화붕소나트륨(NaBH4) 등의 환원제를 몇 방울 떨어뜨려 5분 가량이 지난 후, 상기 환원제가 제거되도록 상기 탄성 섬유를 물로 잘 세척하면, 탄성 섬유에 흡수된 은 이온은 은 나노 입자로 환원되고 탄성 섬유의 표면에는 금속 나노 쉘이 형성되게 된다.For example, a few drops of a reducing agent such as hydrazine hydrate, formaldehyde or sodium borohydride (NaBH 4 ) are added to the elastic fibers having absorbed silver ions, and after about 5 minutes, When the fibers are washed well with water, the silver ions absorbed by the elastic fibers are reduced to silver nanoparticles, and metal nanoshells are formed on the surfaces of the elastic fibers.

즉, 단계 S130에서, 상기 탄성 섬유에 흡수된 복수 개의 금속 이온을 복수 개의 금속 나노 입자로 환원시키면, 상기 탄성 섬유의 내부 및 표면에 복수 개의 금속 나노 입자가 함유됨과 동시에 상기 탄성 섬유의 표면에 금속 나노 쉘이 코팅되게 된다.That is, when a plurality of metal ions absorbed in the elastic fibers are reduced to a plurality of metal nanoparticles in step S130, a plurality of metal nanoparticles are contained in the elastic fibers and on the surface of the elastic fibers, The nanoshell is coated.

실시예에 따라, 단계 S120 및 단계 S130은 반복 수행될 수 있다.According to the embodiment, steps S120 and S130 may be repeatedly performed.

구체적으로, 상기 탄성 섬유에 금속 이온을 흡수시키는 단계(S120) 및 상기 탄성 섬유에 흡수된 금속 이온을 환원시키는 단계(S130)는 1회 수행될 수도 있고, 수회 내지 수십회, 예를 들어, 2회 내지 10회로 반복 수행될 수 있다.Specifically, the step of absorbing metal ions into the elastic fibers (S120) and the step of reducing metal ions absorbed by the elastic fibers (S130) may be performed once or several times or several times, for example, 2 To 10 cycles.

상기 탄성 섬유에 복수 개의 금속 이온을 흡수(S120)시키고, 상기 흡수된 복수 개의 금속 이온을 환원(S130)시키는 것을 반복하게 되면, 상기 금속 이온의 흡수 및 환원의 반복 횟수가 증가함에 따라, 더 많은 개수의 금속 나노 입자가 상기 탄성 섬유에 포함, 즉 함유되게 되고, 상기 탄성 섬유에 코팅된 금속 나노 쉘의 두께도 증가하게 된다.If the elastic fibers are repeatedly caused to absorb a plurality of metal ions (S120) and reduce the absorbed plurality of metal ions (S130), as the number of repetitions of absorption and reduction of the metal ions increases, The number of the metal nanoparticles is included in the elastic fibers, that is, the elastic nanofibers are contained, and the thickness of the metal nanoshell coated on the elastic fibers is also increased.

또한, 상기 탄성 섬유로의 상기 이온의 흡수 및 상기 흡수된 금속 이온의 환원을 반복 수행함에 따라, 복수 개의 금속 나노 입자 및 상기 금속 나노 쉘은 상기 탄성 섬유의 표면부에서 중심부 방향으로 갈수록 농도가 낮아지는 농도 구배를 가질 수 있고, 충분한 금속 이온의 흡수 및 환원이 이루어졌을 경우, 금속의 농도는 포화 상태(saturation)에 달할 수 있다.The absorption of the ions into the elastic fibers and the reduction of the absorbed metal ions are repeatedly performed so that the concentration of the metal nanoparticles and the metal nanoshells decreases from the surface portion toward the central portion of the elastic fibers The concentration of the metal may reach saturation if the absorption and reduction of sufficient metal ions are achieved.

본 발명의 실시예에 따른 전도성 섬유(100)는 금속 나노 입자 및 금속 나노 쉘의 농도의 제어를 통해 변형 센서, 온도 센서, 히터 등의 다양한 어플리케이션(application)으로 활용할 수 있다. 예를 들어, 히터에 활용된 전도성 섬유는 변형 센서에 활용된 전도성 섬유보다 높은 농도의 은 나노 입자 및 은 나노 쉘을 포함할 수 있다.The conductive fiber 100 according to the embodiment of the present invention can be utilized for various applications such as a strain sensor, a temperature sensor, a heater and the like through control of the concentration of the metal nanoparticles and the metal nanoshell. For example, conductive fibers utilized in heaters may include higher concentrations of silver nanoparticles and silver nanoshells than conductive fibers utilized in strain sensors.

일례로, 변형 센서(strain sensor)는 인장 변형에 따른 변형률을 감지하는 센서로서, 복수 개의 필라멘트로 구성되고, 계층적 구조를 갖는 탄성 섬유 및 상기 탄성 섬유에 코팅된 금속 나노 쉘을 포함되고, 상기 탄성 섬유는 복수 개의 금속 나노 입자를 포함하며, 상기 복수 개의 금속 나노 입자는 전기적으로 상호 연결된 네트워크 구조를 형성하는 전도성 섬유를 포함할 수 있다.For example, a strain sensor is a sensor for detecting a strain due to tensile strain, which is composed of a plurality of filaments and includes elastic fibers having a hierarchical structure and metal nanoshells coated on the elastic fibers, The elastic fibers include a plurality of metal nanoparticles, and the plurality of metal nanoparticles may include conductive fibers forming an electrically interconnected network structure.

보다 구체적으로, 변형 센서는 전극부 및 센싱부를 포함할 수 있고, 상기 전극부는 상기 전도성 섬유를 포함할 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 전도성 섬유는 변형 센서에 이용될 수 있고, 구체적으로 변형 센서의 전극부에 이용될 수 있다.More specifically, the strain sensor may include an electrode portion and a sensing portion, and the electrode portion may include the conductive fiber. That is, the conductive fiber according to the embodiment of the present invention can be used in a strain sensor, specifically, in an electrode portion of a strain sensor.

변형 센서는 착용 가능한(wearable) 물품에 적용할 수 있는 변형 센서일 수 있고, 상기 착용 가능한 물품은 예를 들어, 의류, 가방, 모자 또는 장갑 등일 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 전도성 섬유는 착용 가능한 물품에 적용할 수 있는 변형 센서에 이용될 수 있다.The strain sensor may be a strain sensor that is applicable to wearable articles, and the wearable article may be, for example, a garment, bag, hat or glove. That is, the conductive fiber according to the embodiment of the present invention can be used for a strain sensor applicable to a wearable article.

이하, 본 발명의 실시예 및 비교예를 기재한다. 하기 실시예는 본 발명의 일 실시예일뿐 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, examples and comparative examples of the present invention will be described. The following examples are only illustrative of the present invention and the present invention is not limited to the following examples.

실시예Example 1 One

(전도성 섬유의 제조)(Production of Conductive Fiber)

탄성 섬유(Creora(210d), 효성, 필라멘트 개수: 14개)를 준비하였다.Elastic fibers (Creora (210 d), Hyosung, number of filaments: 14) were prepared.

전구체로서 AgCF3COO 0.4 g을 용매인 에탄올 0.6 g에 40 중량%로 녹여 은 이온(Ag+)이 다량 함유된 은 이온 함유 용액을 제조하였다.0.4 g of AgCF3COO as a precursor was dissolved in 0.6 g of ethanol as a solvent at 40% by weight to prepare a silver ion-containing solution containing a large amount of silver ions (Ag + ).

상기 제조된 은 이온 함유 용액에 상기 탄성 섬유를 담그고, 약 30분 후 상기 용액으로부터 상기 탄성 섬유를 꺼내어 잔류 에탄올을 상온(25 ℃)에서 5분 가량 증발시켜 탄성 섬유의 내부 및 표면에 은 이온을 흡수시켰다.After immersing the elastic fibers in the prepared silver ion-containing solution, the elastic fibers were taken out of the solution after about 30 minutes, and residual ethanol was evaporated at room temperature (25 ° C) for about 5 minutes to release silver ions Absorbed.

이어서, 은 이온이 흡수된 탄성 섬유에 환원제로서 에탄올과 50% 부피비로 희석된 히드라진 수화물을 스포이드를 이용하여 약 3 mL 떨어뜨려 5분 가량이 지난 후, 상기 환원제가 제거되도록 상기 탄성 섬유를 물로 수 차례 잘 세척하여 탄성 섬유에 흡수된 은 이온을 환원시켰다.Subsequently, about 3 mL of hydrazine hydrate diluted with ethanol and 50% by volume ratio as a reducing agent was added to the elastic fibers having absorbed silver ions, and about 5 minutes later, the elastic fibers were washed with water to remove the reducing agent It was washed well in turn to reduce the silver ions absorbed by the elastic fibers.

결과적으로, 탄성 섬유에 은 나노 입자가 흡수되고, 은 나노 쉘이 코팅된 전도성 섬유를 제조하였다.As a result, the silver nanoparticles were absorbed into the elastic fibers, and silver nanoshell-coated conductive fibers were produced.

이후, 은 이온의 흡수 및 환원 과정을 8회 반복하였다.Then, the absorption and reduction processes of silver ions were repeated eight times.

전도성 섬유의 형상 및 특성 평가Evaluation of shape and characteristics of conductive fiber

(주사전자현미경(SEM) 분석)(Scanning Electron Microscope (SEM) analysis)

실시예 1에서 제조된 전도성 섬유에 대하여 주사전자현미경(SEM, Scanning Electron Microscope)을 이용하여 형상을 관찰하였다.The shape of the conductive fibers prepared in Example 1 was observed using a scanning electron microscope (SEM).

도 4a 및 도 4b는 본 발명의 실시예에 따른 전도성 섬유의 주사전자현미경(SEM) 이미지이다.4A and 4B are scanning electron microscope (SEM) images of conductive fibers according to an embodiment of the present invention.

구체적으로, 도 4a는 실시예 1에서 제조된 전도성 섬유를 측면에서 관찰(side-view)한 SEM 이미지이고, 도 4b는 위에서 관찰(top-view)한 SEM 이미지이다.Specifically, FIG. 4A is a side-view SEM image of the conductive fiber produced in Example 1, and FIG. 4B is a top-view SEM image.

도 4a 및 도 4b를 참조하면, 실시예 1에서 제조된 전도성 섬유는 도 1에 도시된 바와 같이, 복수 개의 필라멘트로 구성되고, 계층적 구조를 갖는 탄성 섬유를 기반으로 하고, 탄성 섬유에 네트워크 구조를 갖는 복수 개의 금속 나노 입자가 포함되고, 금속 나노 쉘이 코팅된 것을 확인할 수 있다.Referring to FIGS. 4A and 4B, as shown in FIG. 1, the conductive fiber produced in Example 1 is composed of a plurality of filaments, and is based on an elastic fiber having a hierarchical structure, A plurality of metal nanoparticles having a metal nanoshell are included, and it can be confirmed that the metal nanoshell is coated.

(에너지 분광(SEM) 분석)(Energy spectroscopy (SEM) analysis)

실시예 1에서 제조된 전도성 섬유에 대하여 에너지 분광(EDS, Energy Dispersive Spectroscopy) 분석을 실시하였다.The conductive fibers prepared in Example 1 were subjected to energy dispersive spectroscopy (EDS) analysis.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 전도성 섬유의 에너지 분광(EDS) 분석 이미지이다.5 is an energy spectroscopy (EDS) analysis image of a conductive fiber according to an embodiment of the present invention.

구체적으로, 도 5는 실시예 1에서 제조된 전도성 섬유의 단면 SEM 이미지인 도 4a에서, 금속 나노 입자의 분포를 보여주는 EDS 이미지이다.Specifically, FIG. 5 is an EDS image showing the distribution of metal nanoparticles in FIG. 4A, which is a cross-sectional SEM image of the conductive fiber prepared in Example 1. FIG.

도 5를 참조하면, 실시예 1에서 제조된 전도성 섬유는 전도성 섬유의 내부에도 금속 나노 입자가 균일하게 잘 분포되어 네트워크를 형성하고 있는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 5, it can be seen that the metal nanoparticles are uniformly distributed even in the conductive fiber of the conductive fiber produced in Example 1 to form a network.

(특성 평가)(Characteristic evaluation)

실시예 1에서 제조된 전도성 섬유에 대하여 전기 전도성 특성을 평가하였다.The electrical conductivity properties of the conductive fibers prepared in Example 1 were evaluated.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 전도성 섬유의 금속 이온 흡수 및 환원 횟수에 대한 전기 전도 특성(Conductivity)을 나타내는 그래프이다.FIG. 6 is a graph showing the electrical conductivity of the conductive fiber according to the embodiment of the present invention versus the number of times of metal ion absorption and reduction. FIG.

도 6을 참조하면, 실시예 1에서 전도성 섬유 제조시, 탄성 섬유에 금속 이온을 흡수 및 환원시킬 때마다 전기 전도도를 측정하였는데, 실시예 1에서 제조된 전도성 섬유는 금속 이온의 흡수 및 환원시키는 횟수가 증가할수록 전도성 섬유의 전기 전도도(Conductivity)가 증가하는 것을 확인할 수 있었다.6, the electrical conductivity was measured every time the metal fibers were absorbed and reduced in the elastic fibers in the production of the conductive fibers in Example 1. The conductive fibers prepared in Example 1 had the number of times of absorption and reduction of the metal ions The conductivity of the conductive fiber increases as the number of the fibers increases.

구체적으로, 탄성 섬유에 금속 이온을 흡수 및 환원시키는 횟수를 8번 반복하였을 경우, 전도성 섬유는 약 20,000 S/cm의 전도도를 나타내었다.Specifically, when the number of times of absorbing and reducing metal ions into the elastic fibers was repeated eight times, the conductive fibers exhibited a conductivity of about 20,000 S / cm.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 전도성 섬유의 인장 변형률(Strain)에 대한 전기 전도 특성(Conductivity)을 나타내는 그래프이다.FIG. 7 is a graph showing the electrical conductivity of the conductive fiber with respect to the tensile strain according to an embodiment of the present invention. FIG.

도 7을 참조하면, 실시예 1에서 제조된 전도성 섬유는 길이가 원래 길이의 약 5.5배(450% strain)로 늘어나더라도, 전기적 성능을 잃지 않고 유지하는 것을 확인할 수 있었다.Referring to FIG. 7, it was confirmed that the conductive fibers prepared in Example 1 retained their electrical performance even if their length was increased to about 5.5 times (450% strain) the original length.

또한, 전도성 섬유의 길이가 지속적으로 늘어남에 따라, 전기 전도성이 지속적으로 감소하는 것을 확인할 수 있었으며, 이를 통해 상기 전도성 섬유를 변형 센서로 적용할 수 있음을 확인할 수 있었다.Also, as the length of the conductive fiber continuously increased, it was confirmed that the electrical conductivity was continuously decreased, and it was confirmed that the conductive fiber could be applied as a strain sensor.

실시예 1에서 제조된 전도성 섬유에 대하여 기계적 특성을 평가하였다.The mechanical properties of the conductive fibers prepared in Example 1 were evaluated.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 전도성 섬유의 인장 변형률(Tensile strain)에 대한 기계적 특성(Stress, 스트레스)을 나타내는 그래프이다.8 is a graph showing mechanical properties (stress, stress) of tensile strain of conductive fibers according to an embodiment of the present invention.

도8을 참조하면, 실시예 1에서 제조된 전도성 섬유에 150%의 예비 변형(pre strain)을 가한 후 10%, 30%, 50%, 70% 및 90%로 각각 2회씩 반복적으로 인장 변형(tensile strain)을 가하였을 경우, 궤적의 변화가 없는 것으로 나타나 기계적 특성이 저하되지 않는 것을 확인할 수 있었고, 이를 통해 상기 전도성 섬유가 뛰어난 전기적 특성뿐만 아니라 높은 기계적 안정성도 보유하고 있음을 확인할 수 있었다.Referring to FIG. 8, a 150% pre-strain was applied to the conductive fibers prepared in Example 1, and then tensile strain was repeatedly applied twice at 10%, 30%, 50%, 70% tensile strain was applied, it was confirmed that there was no change in the trajectory, indicating that the mechanical properties were not deteriorated. Thus, it was confirmed that the conductive fiber had not only excellent electrical properties but also high mechanical stability.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 전도성 섬유의 변형 반복 횟수(Number of stretching)에 따른 전기 저항(Resistance)의 변화를 나타내는 그래프이다.FIG. 9 is a graph showing a change in electrical resistance according to a number of stretching times of a conductive fiber according to an embodiment of the present invention. FIG.

도 9를 참조하면, 실시예 1에서 제조된 전도성 섬유에 대하여 10%의 변형(strain)을 반복적으로 10,000회 가했을 경우, 전기저항이 초기에는 약간 증가하나, 전체적으로 10,000회의 반복 변형을 가해도 전기저항이 안정적인 것을 확인할 수 있었다.Referring to FIG. 9, when the conductive fibers prepared in Example 1 were repeatedly subjected to 10% strain 10,000 times, the electrical resistance was slightly increased at the beginning, but the electrical resistance Was confirmed to be stable.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.While the invention has been shown and described with reference to certain preferred embodiments thereof, it will be understood by those of ordinary skill in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. This is possible. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be determined by the equivalents of the claims, as well as the claims.

100: 전도성 섬유 110: 탄성 섬유
110a: 필라멘트 120: 금속 나노 입자
130: 금속 나노 쉘
100: conductive fiber 110: elastic fiber
110a: filament 120: metal nanoparticle
130: metal nanoshell

Claims (13)

복수 개의 필라멘트로 구성되고, 마이크로 규모(microscale)의 계층적 구조를 갖는 탄성 섬유; 및
상기 탄성 섬유에 코팅되며, 상기 필라멘트와의 접촉 부분에 대해 변형이 가해지지 않도록 상기 필라멘트를 고정하는 금속 나노 쉘(shell)
을 포함하고,
상기 탄성 섬유는 복수 개의 금속 나노 입자를 포함하며, 상기 복수 개의 금속 나노 입자는 전기적으로 상호 연결된 네트워크(network) 구조를 형성하는 전도성 섬유.
An elastic fiber composed of a plurality of filaments and having a microscale hierarchical structure; And
A metal nano-shell coated on the elastic fiber and fixing the filament to prevent deformation of the contact portion with the filament,
/ RTI >
Wherein the elastic fibers comprise a plurality of metal nanoparticles and the plurality of metal nanoparticles form a network structure that is electrically interconnected.
제1항에 있어서,
상기 탄성 섬유는 제1 부분 및 제2 부분으로 구분되어 형성된 반복단위를 포함하고,
상기 제1 부분 및 상기 제2 부분은 서로 상이한 강도(strength)를 가지며, 상기 제1 부분 및 상기 제2 부분 중 높은 강도를 가진 부분은 변형에 의해 스틱 슬립 모션을 발생시키는 것을 특징으로 하는 전도성 섬유.
The method according to claim 1,
Wherein the elastic fiber comprises a repeating unit formed by dividing into a first portion and a second portion,
Wherein the first portion and the second portion have different strengths and the portion of the first portion and the second portion that has a higher strength generates deformation of the stick slip motion. .
제1항에 있어서,
상기 계층적 구조는 상기 복수 개의 필라멘트가 서로 평행하게 배치되고,
각 필라멘트가 접하는 부분은 서로 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 전도성 섬유.
The method according to claim 1,
Wherein the plurality of filaments are arranged in parallel with each other,
And the portions where the filaments contact with each other are connected to each other.
제1항에 있어서,
상기 금속 나노 입자 및 상기 금속 나노 쉘은
상기 탄성 섬유로의 금속 이온 흡수 및 상기 흡수된 금속 이온의 환원을 통해 형성되는 것을 특징으로 하는 전도성 섬유.
The method according to claim 1,
The metal nanoparticles and the metal nanoshell
Wherein the conductive fibers are formed through absorption of metal ions into the elastic fibers and reduction of the absorbed metal ions.
제4항에 있어서,
상기 금속 이온의 흡수 및 환원은 1회 내지 10회 수행되는 것을 특징으로 하는 전도성 섬유.
5. The method of claim 4,
Wherein the metal ions are absorbed and reduced one to ten times.
제1항에 있어서,
상기 금속은 귀금속인 것을 특징으로 하는 전도성 섬유.
The method according to claim 1,
Wherein the metal is a noble metal.
제1항에 있어서,
상기 필라멘트는 2개 내지 100개인 것을 특징으로 하는 전도성 섬유.
The method according to claim 1,
Wherein the filaments have from 2 to 100 fibers.
제1항에 있어서,
상기 필라멘트의 평균 직경은 5 ㎛ 내지 100 ㎛인 것을 특징으로 하는 전도성 섬유.
The method according to claim 1,
Wherein the filaments have an average diameter of 5 mu m to 100 mu m.
제1항에 있어서,
상기 금속 나노 입자의 함량은 60 중량% 내지 90 중량%인 것을 특징으로 하는 전도성 섬유.
The method according to claim 1,
Wherein the content of the metal nanoparticles is 60 wt% to 90 wt%.
제1항에 있어서,
상기 금속 나노 입자의 평균 직경은 0.1 ㎚ 내지 200 ㎚인 것을 특징으로 하는 전도성 섬유.
The method according to claim 1,
Wherein the average diameter of the metal nanoparticles is 0.1 nm to 200 nm.
제1항에 있어서,
상기 금속 나노 쉘의 평균 두께는 10 ㎚ 내지 3 ㎛인 것을 특징으로 하는 전도성 섬유.
The method according to claim 1,
Wherein the metal nanoshell has an average thickness of 10 nm to 3 占 퐉.
제1항에 있어서,
변형 센서, 온도 센서 및 히터로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나에 이용되는 것을 특징으로 하는 전도성 섬유.
The method according to claim 1,
A strain sensor, a temperature sensor, and a heater.
복수 개의 필라멘트로 구성되고, 마이크로 규모(microscale)의 계층적 구조를 갖는 탄성 섬유를 준비하는 단계; 및
상기 탄성 섬유에 금속 이온을 흡수시키고 상기 흡수된 금속 이온을 환원시켜, 상기 탄성 섬유 내부에 전기적으로 상호 연결된 네트워크(network) 구조를 형성하는 복수 개의 금속 나노 입자를 함유시키는 동시에 상기 탄성 섬유 표면에 금속 나노 쉘(shell)을 코팅시키는 단계
를 포함하고,
상기 금속 나노 쉘은 상기 필라멘트와의 접촉 부분에 대해 변형이 가해지지 않도록 상기 필라멘트를 고정하는 것을 특징으로 하는 전도성 섬유의 제조방법.

Preparing an elastic fiber composed of a plurality of filaments and having a microscale hierarchical structure; And
A plurality of metal nanoparticles for absorbing metal ions in the elastic fibers and reducing the absorbed metal ions to form a network structure electrically interconnected within the elastic fibers, Coating the nanoshell
Lt; / RTI >
Wherein the metal nanoshell is fixed to the filament so as not to be deformed at a contact portion with the filament.

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